物质的构成
现 代科学研究发现,常见的物质是由极其微小的粒 子 —— 分 子(molecule)、 原 子(atom) 构 成 的。 如果把分子看成球形的,一般分子的直径只有百亿 分之几米,人们通常以10-10 m为单位来量度分子。 分子如此之小,人们用肉眼和光学显微镜都分辨不 出它们。不过,电子显微镜可以帮助我们观察到这些分子、原子(图13.1-1)。
分子热运动
在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面,倒 扣一个空瓶子,使两个瓶口相对,之间用一块玻 璃板隔开(图13.1-2)。抽掉玻璃板后,会发生什么 变化? 二氧化氮的密度比空气大,它能进到上面的瓶 子里去吗?
由实验可以看到,两个瓶子内的气体会混合 在一起,最后颜色变得均匀。像这样,不同的物质在互相接触时彼此进入对方的现象,叫做扩散 (diffusion)。
扩散现象也可以发生在液体之间。在量筒里装 一半清水,用细管在水的下面注入硫酸铜的水溶 液。由于硫酸铜溶液比水的密度大,会沉在量筒的 下部,因此可以看到无色的清水与蓝色硫酸铜溶液 之间明显的界面。静放几天,界面就逐渐变得模糊 不清了(图13.1-3)。
固体之间也能发生扩散。
扩散现象等大量事实表明,一切物质的分子都在不停地做无规则的运动。温度越高,分子运动越 剧烈。 由于分子的运动跟温度有关,所以这种无规则运动叫做分子的热运动(thermal motion)。
通过直接感知的现象,推测无法直接 感知的事物,这是物理学中常用的方法。
分子间的作用力
图13.1-4,将两个铅柱的底面削平、削干净, 然后紧紧地压在一起,两个铅柱就会结合起来,甚 至下面吊一个重物都不能把它们拉开。
两个铅柱没有被重物拉开,主要是因为铅柱的分子之间存在引力。分子之间的引力使得固体和液体的分子不致散开,因而固体和液体能保持一定的体积。 从扩散现象还可以看出,物体的分子不是紧密地挤在一起,而是彼此间存在间隙。那么,为什么 压缩固体和液体很困难呢?这是因为除了引力以外分子之间还存在斥力。
分子之间既有引力又有斥力。当固体被压缩时,分子间的距离变小,作用力表现为斥力;当 固体被拉伸时,分子间的距离变大,作用力表现为引力。固体分子间的距离小,不容易被压缩和拉伸,具有一定的体积和形状(图13.1-5)。
如果分子相距很远,作用力就变得十分微弱, 可以忽略。气体分子之间的距离就很远,彼此之间几乎没有作用力,因此,气体具有流动性,容易被压缩(图13.1-6)。
通常液体分子之间的距离比气体的小,比固体的大;液体分子之间的作用力比固体的小,分子没 有固定的位置,运动比较自由。这样的结构使得液体较难被压缩,没有确定的形状,具有流动性(图 13.1-7)。 常见的物质是由大量的分子、原子构成的;物 质内的分子在不停地做热运动;分子之间存在引力和斥力。